(57)【要約】【課題】  正極合剤との良好な接触状態を確保することが可能な電池缶を提供する。【解決手段】  有底円筒状の電池缶において、筒状側部は、底部側に形成された薄肉部、および開口部側に形成された薄肉部よりも肉厚の厚肉部からなり、厚肉部は、筒状側部の内側に向かって肉厚であり、筒状側部の外径が開口部から底部にかけて同寸法であり、薄肉部は、前記筒状側部の軸方向に垂直な面において、真円度が０．１〜１．０ｍｍの楕円状である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状側部、底部、および開口部を有する有底円筒状の電池缶であって、
前記筒状側部は、前記底部側に形成された薄肉部および前記開口部側に形成された前記薄肉部よりも肉厚の厚肉部からなり、
前記厚肉部は、前記筒状側部の内側に向かって肉厚であり、前記筒状側部の外径が開口部から底部にかけて同寸法であり、
前記薄肉部は、前記筒状側部の軸方向に垂直な面において、真円度が０．１〜１．０ｍｍの楕円状であることを特徴とする電池缶。
【請求項２】
前記薄肉部の厚さが０．１２５〜０．２７０ｍｍである請求項１記載の電池缶。
【請求項３】
前記電池缶の内面が導電性皮膜で覆われた請求項１記載の電池缶。
【請求項４】
請求項１記載の電池缶を用いたアルカリ乾電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池缶、特にアルカリ乾電池用の電池缶に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アルカリ乾電池の電池缶に関して種々に検討されている。例えば、特許文献１では、有底円筒状の電池缶の筒状側部における、正極合剤を収納する胴体部の厚さを０．１８ｍｍより薄くし、筒状側部における開口端部の厚さを胴体部の厚さの１．４倍以上となるように、開口端部を筒状側部の内側に向かって肉厚とすることが提案されている。これにより電池缶の開口端部の強度を確保しつつ、電池缶の内容積を増大させることができる。
【０００３】
ところで、アルカリ乾電池では、有底円筒状の電池缶は正極端子を兼ねており、電池缶の内側には中空円筒状の正極合剤が接している。
しかし、上記のように電池缶の筒状側部における開口端部は胴体部よりも筒状側部の内側に向かって肉厚であり、正極合剤を胴体部の内径よりも小さい電池缶の開口部より挿入するため、正極合剤と電池缶との間のクリアランスが大きくなり、両者の接触状態が悪くなり、電池の内部抵抗が増大し、重負荷放電性能が低下しやすいという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−１５１０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、上記の従来の問題を解決するために、正極合剤と良好な接触状態を確保することが可能な電池缶を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電池缶は、筒状側部、底部、および開口部を有する有底円筒状の電池缶であって、前記筒状側部は、前記底部側に形成された薄肉部および前記開口部側に形成された前記薄肉部よりも肉厚の厚肉部からなり、前記厚肉部は、前記筒状側部の内側に向かって肉厚であり、前記筒状側部の外径が開口部から底部にかけて同寸法であり、前記薄肉部は、前記筒状側部の軸方向に垂直な面において、真円度が０．１〜１．０ｍｍの楕円状であることを特徴とする。
【０００６】
前記薄肉部の厚さが０．１２５〜０．２７０ｍｍであるのが好ましい。
前記電池缶の内面が導電性皮膜で覆れているのが好ましい。
また、本発明は、上記の電池缶を用いたアルカリ乾電池に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電池缶と正極合剤との接触状態が良好であるため、重負荷放電性能に優れたアルカリ乾電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の電池缶の一実施形態を図１および２を参照しながら説明する。図１は、本発明の電池缶の縦断面図である。図２は、本発明の電池缶の薄肉部における横断面図である。
有底円筒形の電池缶１は、筒状側部２、底部３、および開口部４からなる。筒状側部２は、底部３側に形成された薄肉部２ａと、開口部４側に形成された薄肉部２ａよりも肉厚の厚肉部２ｂと、厚肉部２ｂと薄肉部２ａとの間に形成された、薄肉部から厚肉部にかけて厚さがしだいに増大する境界部２ｃからなる。厚肉部２ｂは、筒状側部２の内側に向かって肉厚であり、筒状側部２の外径が開口部４から底部３にかけて同寸法であり、薄肉部２ａは、筒状側部２の軸方向（図１中のＸの方向）に垂直な面、すなわち図２に示す横断面において楕円状である。
【０００９】
薄肉部２ａは、正極合剤が内接する部分に対応し、厚肉部２ｂは、封口体を、ガスケットを介してかしめつけて封口する部分に対応する。
薄肉部２ａを楕円状とすることにより、楕円状の内径が小さい部分で、正極合剤と電池缶の筒状側部とが確実に接触状態を確保することができる。この電池缶を用いた電池では、優れた重負荷放電性能が得られる。
【００１０】
筒状側部２の軸方向Ｘに垂直な面において楕円状である薄肉部２ａの真円度は０．１〜１．０ｍｍである。
真円度とは、JIS B 0621に定義されているように、円形形体の幾何学的に正しい円（幾何学的円）からの狂いの大きさをいう。真円度は、円形形体を２つの同心の幾何学的円で挟んだとき、同心二円の間隔が最小となる場合の、二円の半径の差で表される。
【００１１】
真円度が０．１ｍｍ未満であると、電池缶と正極合剤との間のクリアランスが大きくなり、電池の内部抵抗が増大し、重負荷放電性能が低下する。一方、真円度が１．０ｍｍを超えると、電池缶と正極合剤とのクリアランスが小さくなるため、電池缶内に正極合剤を収納する際に、正極合剤にクラックが生じ、電池性能へ悪影響を与える場合がある。
【００１２】
薄肉部２ａの厚さＴ１が０．１２５〜０．２７０ｍｍであるのが好ましい。
薄肉部の厚さＴ１が０．１２５ｍｍ未満であると、薄肉部の強度が低下するため、楕円化の加工が真円度０．１ｍｍまでしかできず、電池缶と正極合剤とのクリアランスが大きくなり、電池の内部抵抗が増大しやすい。一方、薄肉部の厚さが０．２７０ｍｍを超えると、薄肉部が厚くなり、薄肉部の薄肉化による電池缶の内容積の増大の効果が小さくなる。
【００１３】
厚肉部２ｂの厚さＴ２は０．１５０〜０．５０ｍｍであるのが好ましい。
厚肉部の厚さＴ２が０．１５ｍｍ未満であると、電池缶封口部の強度が不十分で、落下などの強い衝撃で変形しやすく、漏液を起こす可能性がある。一方、厚肉部が０．５０ｍｍを超えると、かしめ加工が難しい。
筒状側部２の軸方向Ｘにおける厚肉部２ｂの長さは、電池の封口部分を覆う長さとして、６〜１２ｍｍが好ましい。
【００１４】
電池缶と、正極合剤との間の電気的接触状態をさらに良好とするために、電池缶の内面を導電性被膜で覆うのが好ましい。例えば、黒鉛塗料を１〜５ｇ／ｃｍ2の範囲で電池缶の内面に塗布することにより導電性被膜として黒鉛塗膜を形成するのが好ましい。黒鉛塗料の塗布量が１ｇ／ｃｍ2未満であると、導電性が十分に確保できない。一方、黒鉛塗料の塗布量が５ｇ／ｃｍ2を超えると、乾燥に時間がかかり、生産性が低下する。
【００１５】
電池缶の内面に、電解液による鉄の腐食を抑制するためにＮｉメッキを施すことにより、Ｎｉ層を形成するのが好ましい。Ｎｉ層の厚さは、１〜３μｍであるのが好ましい。Ｎｉ層の厚さが１μｍ未満であると、鉄が腐食して、ガス発生し、電池が漏液する場合がある。一方、Ｎｉ層の厚さが３μｍを超えると、鉄がＮｉ層に完全に覆われるため、保存性能が悪くなる。
【００１６】
本発明の電池缶は、以下のような方法により得られる。
ＤＩ工法により、筒状側部、底部、および開口部を有し、前記筒状側部が、底部側に形成された薄肉部および開口部側に形成された厚肉部からなる有底円筒状の中間体を作製する。ＤＩ工法について図４および５を参照しながら説明する。
成形ダイス７と成形パンチ６を用いて、カップ状の缶基材５を図5に示す有底円筒形の中間体８に加工する。成形ダイス７は、１つの絞りダイス７ａおよび３段配置したしごきダイス７ｂ〜７ｄを有する。成形パンチ６で加圧しながら缶基材５をダイスの孔に連続的に通過させて１段の絞り加工および３段のしごき加工を一挙に施す。
【００１７】
中間体８は、筒状側部２、底部３、および開口部４からなる。筒状側部２は、底部３側に形成された薄肉部２ａと、開口部４側に形成され、薄肉部２ａよりも肉厚の厚肉部２ｂと、薄肉部２ａと厚肉部２ｂとの間に形成され、薄肉部２ａから厚肉部２ｂにつれてしだいに肉厚となる境界部２ｃとからなる。厚肉部２ｂは、筒状側部２の内側に向かって肉厚であり、筒状側部２の外径が、開口部４から底部３にかけて同寸法であり、薄肉部２ａの横断面は図３に示すように真円状である。この中間体８の薄肉部２ａにおける真円度は０．０５ｍｍ以下である。
【００１８】
カップ状の缶基材５は、例えば、片面または両面にニッケルメッキを施した鋼板をプレス機に供給し、所定形状に打ち抜き、絞り工法により得られたものが用いられる。
成形パンチ６は、缶基材５を挿入する前方に設けられ、底部１０および筒状側部２の薄肉部２ａを形成するための円柱状の缶形成部６ｂと、缶形成部６ｂの後方に設けられ、径が缶形成部６ｂよりも小さい、厚肉部２ｂを形成するための円柱状の後端部６ａと、缶形成部６ｂと後端部６ａとの間に設けられ、後端部６ａから缶形成部６ｂにかけてしだいに径が大きくなる、境界部２ｃを形成するためのテーパ部６ｃとを有する。
【００１９】
上記のＤＩ工法で得られた肉薄部２ａの横断面が真円状である有底円筒状の中間体８を、厚肉部２ｂの外径よりも小さな隙間を設けた一対のガイド間に通すことにより、薄肉部２ａの横断面を図２に示すように楕円状に加工して電池缶１が得られる。
【００２０】
電池缶に内接する正極合剤は、例えば、正極活物質としての二酸化マンガン、および導電剤としての黒鉛を含む。正極合剤中における二酸化マンガン（Ｍ）の黒鉛（Ｃ）に対する重量比（以下、Ｍ／Ｃと表す）は、９〜１５．７であるのが好ましい。Ｍ／Ｃが９未満であると、活物質である二酸化マンガン量が減少し、電池容量が低下する。一方、Ｍ／Ｃが１５．７を超えると、正極合剤の導電性が低下する。
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
【実施例】
【００２１】
《実施例１》
（１）電池缶の作製
Ｎｉめっきを施すことにより、両面に厚さ２μｍのＮｉ層が形成された鋼板を円形に打ち抜いて、カップ状の缶基材を得た。この缶基材に、図４および５と同じ成形パンチおよび成形ダイスを用いてＤＩ工法により、開口部、底部、および筒状側部からなり、筒状側部が底部側に形成された薄肉部および開口部側に形成された厚肉部からなる円筒形の中間体を得た。
【００２２】
上記で得られた中間体の薄肉部を、厚肉部の外径よりも小さい寸法の隙間を設けた一対のガイドに通過させることにより、薄肉部の横断面を楕円化させて有底円筒形の図１と同じ電池缶を得た。
その後、電池缶の内面に、黒鉛塗料を３．５ｇ／ｃｍ2の割合で塗布して黒鉛を含む導電性被膜を形成した。
【００２３】
（２）正極合剤の作製
二酸化マンガンと黒鉛とを、二酸化マンガンの黒鉛に対する重量比が１２．３となるように混合した。そして、この混合物と、アルカリ電解液として４０重量％の水酸化カリウム水溶液とを１００：３の重量比で混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。ついで、フレーク状の正極合剤を粉砕して顆粒状とし、これを篩によって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極合剤を得た。
【００２４】
（３）ゲル状負極の作製
ゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウムと、アルカリ電解液として４０重量％の水酸化カリウム水溶液と、負極活物質として亜鉛合金粉末を１：３３：６６の重量比で混合し、ゲル状負極を得た。尚、用いた亜鉛合金粉末は、Ａｌ含量が１００ｐｐｍ、Ｂｉ含量が５００ｐｐｍ、Ｉｎ含量が５００ｐｐｍのものを使用した。
【００２５】
（４）円筒形アルカリ乾電池の組み立て
図６に示す構造の単１形のアルカリ乾電池（ＬＲ２０）を下記の手順により作製した。図６は、円筒形アルカリ乾電池の一部を断面とする正面図である。電池缶1のサイズは、外径３２ｍｍ、高さ６５ｍｍであった。また、筒状側部２の軸方向Ｘにおける、厚肉部２ｂの長さは１０ｍｍであり、境界部２ｃの長さは４ｍｍ、薄肉部２ａの長さは５１ｍｍであった。
電池缶１内に、複数個の短筒状の正極合剤１３を充填した。正極合剤１３は、主構成材料である二酸化マンガンと黒鉛からなり、アルカリ電解液を含んでいる。このとき、正極合剤１３は電池缶１内面に形成した導電性被膜１２と接触させた。
【００２６】
正極合剤１３の中空内面および電池缶の底部内面に、それぞれセパレータ１４および底紙１５を配した。セパレータ１４内にアルカリ電解液として４０重量％の水酸化カリウム水溶液を所定量注入した。所定時間経過した後、上記で得られたゲル状負極１６をセパレータ１４内に充填した。なお、セパレータ１４には、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布を用いた。
【００２７】
次いで、ゲル状負極１６の中央に負極集電体１０を差し込んだ。負極集電体１０は、樹脂製封口体１７、負極端子を兼ねる底板１８および絶縁ワッシャ１９と一体に組み立てられている。そして、電池缶１の開口端部を、封口体１７の周縁端部を介して底板１８の周縁部にかしめることにより、開口部を密封した。最後に、電池缶１の外表面を外装ラベル１１で被覆した。こうしてアルカリ乾電池を完成させた。
【００２８】
上記の電池作製時において、電池缶の筒状側部における厚肉部の厚さを０．３ｍｍとし、筒状側部の薄肉部の真円度および厚さを表１に示すように種々に変えて、それぞれ電池Ａ〜Ｋを作製した。
電池Ａでは、筒状側部の厚さが一定である従来の電池缶を用いた。電池缶の内面に導電性塗膜を形成しない以外は電池Ｄと同じ構成の電池Ｋを作製した。電池Ａ、ＢおよびＧでは、電池缶の筒状側部を楕円化しなかった。
筒状側部の薄肉部の真円度は、ガイドの隙間の寸法を変えることにより調整した。また、筒状側部の薄肉部の厚さは、成形パンチの缶形成部の径を変えることにより調整した。
【００２９】
真円度の測定は、JIS B 7451に準拠して、接触式真円度測定機（（株）東京精密製の真円度測定機ロンコム２０Ａ）を用いて、図１における筒状側部の薄肉部２aの真円度を測定した。なお、本実施例では、開口部から下方（底部側）へ２０ｍｍの距離に位置する箇所を測定し、拡大倍率２００で測定したが、測定箇所は薄肉部２aのどの部分でもよく、一箇所でも本発明の範囲内であれば、上記の本発明の効果が得られる。
【００３０】
［評価］
（５）電池の内部抵抗の測定
２０℃環境下で、各電池２０個ずつ準備し、４端子交流測定法にて電池の内部抵抗を測定し、平均値および標準偏差を求めた。
（６）電池の放電性能の評価
２０℃環境下で、各電池を、１０００ｍＡ（重負荷）または１０ｍＡ（軽負荷）の電流値で連続放電し、閉路電圧が０．９Ｖに達するまでの放電持続時間を調べた。
上記の測定結果を表１に示す。なお、表１中の放電持続時間は電池Ａの放電持続時間を１００とした指数として表した。表１中の電池Ｃ〜ＥとＨ〜Ｋが、本発明の実施例の電池である。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
電池缶における筒状側部の真円度が０．１〜１．０ｍｍである電池Ｃ〜Ｅでは、真円度が大きくなるにつれて、正極合剤と電池缶との間のクリアランスが小さくなるため、電池の内部抵抗の平均値が小さくなり、優れた軽負荷および重負荷放電性能が得られた。
【００３３】
筒状側部の真円度が０．０５ｍｍ以下である電池Ｂでは、正極合剤と電池缶との間のクリアランスが大きいため、電池の内部抵抗が大きくなり、重負荷放電性能が低下した。また、筒状側部の真円度が１．２ｍｍである電池Ｆでは、電池缶と正極合剤との間のクリアランスが小さくなり、電池缶内に収納する際に正極合剤がクラックを生じたため、重負荷放電性能が低下した。電池缶の厚さを一定として真円度を変えた電池Ｃ〜Ｆを比較すると、真円度が大きいほど、電池缶と正極合剤との間のクリアランスが小さくなり、内部抵抗の平均値は低下するが、正極合剤にクラックを生じやすくなり、内部抵抗の標準偏差の値が大きくなった。
【００３４】
筒状側部の薄肉部の厚さが０．１２５〜０．２７ｍｍである電池ＩおよびＪでは、優れた軽負荷および重負荷放電性能が得られた。薄肉部の厚さが０．１ｍｍである電池Ｈでは、正極合剤と電池缶とのクリアランスが大きくなり、電池内部抵抗が増大して、重負荷放電性能が、若干低下した。
電池缶の内面に導電性被膜を有する電池Ｄは、電池缶の内面に導電性被膜を有しない電池Ｋに比べて、電池の内部抵抗が低減し、重負荷放電性能が向上した。
【００３５】
《実施例２》
電池サイズが単３形（ＬＲ６）である以外は、実施例１と同様の方法によりアルカリ乾電池を作製した。電池缶のサイズは、外径１３．５ｍｍ、高さ５５ｍｍであった。また、筒状側部における、厚肉部の長さは１０ｍｍであり、境界部の長さは４ｍｍ、薄肉部の長さは４１ｍｍであった。
【００３６】
電池缶の筒状側部における厚肉部の厚みを０．２ｍｍとし、筒状側部の薄肉部の真円度および厚さを表２に示すように種々に変えて、電池Ｌ〜Ｐを作製した。電池Ｌでは筒状側部の厚さが一定である従来の電池缶を用いた。電池ＬおよびＭの電池缶では、筒状側部を楕円化しなかった。
これらの評価結果を表２に示す。なお、表２中の放電持続時間は、電池Ｌの放電持続時間を１００とした指数として表した。表２中の電池ＮおよびＯが本発明の実施例の電池である。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
薄肉部の真円度が０．１〜１．０ｍｍである電池缶を用いた電池ＮおよびＯでは、優れた軽負荷および重負荷放電性能が得られた。
【００３９】
筒状側部の真円度が０．０５ｍｍ以下である電池Ｍでは、正極合剤と電池缶との間のクリアランスが大きいため、電池の内部抵抗が大きくなり、重負荷放電性能が低下した。また、筒状側部の真円度が１．２ｍｍである電池Ｐでは、電池缶と正極合剤との間のクリアランスが小さくなり、電池缶内に収納する際に正極合剤がクラックを生じたため、重負荷放電性能が低下した。
【００４０】
《実施例３》
電池サイズが単２形（ＬＲ１４）である以外は、実施例１と同様の方法によりアルカリ乾電池を作製した。電池缶のサイズは、外径２４ｍｍ、高さ５０ｍｍであった。また、筒状側部における、厚肉部の長さは１０ｍｍであり、境界部の長さは４ｍｍ、薄肉部の長さは３６ｍｍであった。
【００４１】
電池缶の筒状側部における厚肉部の厚みを０．３ｍｍとし、筒状側部の薄肉部の真円度および厚さを表３に示すように種々に変えて、電池Ｑ〜Ｕを作製した。電池Ｑでは、筒状側部が一定の厚さの従来の電池缶を用いた。電池ＱおよびＲの電池缶では、筒状側部を楕円化しなかった。
これらの評価結果を表３に示す。なお、表３中の放電持続時間は電池Ｑの放電持続時間を１００とした指数として表した。表３中の電池ＳおよびＴが、本発明の実施例の電池である。
【００４２】
【表３】
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【００４３】
薄肉部の真円度が０．１〜１．０ｍｍである電池缶を用いた電池ＳおよびＴでは、優れた軽負荷および重負荷放電性能が得られた。
【００４４】
筒状側部の真円度が０．０５ｍｍ以下である電池Ｒでは、正極合剤と電池缶との間のクリアランスが大きいため、電池の内部抵抗が大きくなり、重負荷放電性能が低下した。また、筒状側部の真円度が１．２ｍｍである電池Ｕでは、電池缶と正極合剤との間のクリアランスが小さくなり、電池缶内に収納する際に正極合剤がクラックを生じたため、重負荷放電性能が低下した。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のアルカリ乾電池は、携帯機器や情報機器等の電子機器の電源として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の電池缶の一例の縦断面図である。
【図２】本発明の電池缶の筒状側部における薄肉部の横断面図である。
【図３】中間体の筒状側部における薄肉部の横断面図である。
【図４】中間体を得るためのＤＩ加工を示す縦断面図である。
【図５】ＤＩ加工により中間体が得られた状態を示す縦断面図である。
【図６】本発明のアルカリ乾電池の一部を断面にした正面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  電池缶
２  筒状側部
２ａ  薄肉部
２ｂ  厚肉部
２ｃ  境界部
３  底部
４  開口部
５  缶基材
６  成形パンチ
６ａ  後端部
６ｂ  缶形成部
６ｃ  テーパ部
７  成形ダイス
７ａ  絞りダイス
７ｂ、７ｃ、７ｄ  しごきダイス
８  中間体
１０  負極集電体
１１  外装ラベル
１２  導電性被膜
１３  正極合剤
１４  セパレータ
１５  絶縁キャップ
１６  ゲル状負極
１７  封口体
１８  底板
１９  絶縁ワッシャ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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